анпт. 1.4-5_Функции_и_свойства_живого_вещества_в_биосфере. Функции и свойства живого вещества в биосфере
 Скачать 468.34 Kb.
|
|
ФУНКЦИИ И СВОЙСТВА ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА В БИОСФЕРЕ Биосфера – это, с одной стороны, совокупность живых организмов, населя- ющих планету, с другой - сфера активного взаимодействия атмосферы, гидро- сферы и литосферы. С современных позиций биосферу можно рассматривать как огромный "суперорганизм", целостную систему с эффективными механизмами саморегуляции, с помощью которых ее основные параметры поддерживаются в относительно постоянном состоянии. Активному обмену веществом и энергией в биосфере способствуют такие предпосылки: в ней в большом количестве присут- ствует вода; на нее падает мощный поток солнечной энергии; в биосфере прохо- дят поверхности раздела между веществами в трех фазах - твердой, жидкой, газо- образной. Владимир Иванович Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ. Биосфера включает следующие типы вещества: живое, биогенное, косное и биокосное, а также атомы веществ, рассеянных в природе, радиоактивное веще- ство и вещество космического происхождения. Живое вещество – образовано совокупностью всех живых организмов био- сферы Земли; Биогенное вещество – создается и перерабатывается в процессе жизнедея- тельности организмов (это газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, из- вестняки и т.д.); Косное вещество – объекты, которые образовались в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (такие как, продукты тектони- ческой деятельности, метеориты, некоторые осадочные породы (например, гра- нит, кварц); Биокосное вещество – тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, кора выветри- вания). Атомы веществ, рассеянных в природе – отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии: молибден, кобальт, цинк, медь, золото и др. Радиоактивное вещество – атомы радиоактивных элементов, например, уран, торий, радий, радон, и др. Вещество космического происхождения – вещество, поступающее на Землю из космоса (метеориты, космическая пыль). Классификация вещества биосферы, предложенная В. И. Вернадским, с ло- гической точки зрения не является безупречной, так как выделенные категории вещества частично перекрывают друг друга. Так, вещество космического проис- хождения одновременно является и косным. Атомы многих элементов являются и радиоактивными, и рассеянными одновременно. При этом, атомы радиоактив- ных элементов и рассеянные атомы могут входить в состав как живого, так и кос- ного вещества. Решающее значение имеет живое вещество. В. И. Вернадский подчеркивал, что "живое вещество рассеяно в мириадах особей, которые непрерывно умирают и рождаются". Но, несмотря на огромную разницу форм и размеров живых су- ществ, всем им присуща одна и та же свойство, которое проявляется в биосфере как физико-химическая единство. Итак, первой и важнейшим свойством живого вещества является ее физико-химическая единство, получила статус закона. Это свойство В. И. Вернадский объяснял единством возникновения и дальнейшего развития жизни, то есть на планете оказывается физико-химическая "родство" всех разнообразных живых организмов. На основе этого В. И. Вернадский сформулировал закон физико-химиче- ского единства живого вещества, который считается одним из основных законов всего органического мира. Согласно ему, все живое вещество биосферы имеет единую физико-химическую природу, то есть нет такого физического или хими- ческого агента, который был бы губительным (смертельно вредным) для одних организмов и вовсе безвредным для других. Разница может быть только в скоро- сти реакции организмов на этот агент, то есть на любое физическое или химиче- ское внешнее воздействие. Именно единство и предусматривает эту разницу, но она проявляется только в количественных, но не в качественных показателях. Суть этого закона легко понять, если вспомнить, например, как применение средств борьбы с вредителями в сельском хозяйстве пагубно влияет и на культур- ные растения (вредное для одних видов существ вредно и для других). Вследствие наличия в любой популяции видов более или менее устойчивых к физико-химическому воздействию, выносливость популяций к действию вред- ного агента прямо пропорциональна скорости размножения организмов и чередо- ванию поколений. Поэтому, например, длительное использование пестицидов экологически недопустимо, поскольку вредители, которые размножаются гораздо быстрее, также быстрее приспосабливаются и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все увеличивать. Развивая идеи о роли живого вещества в формировании биосферы, В. И. Вернадский, кроме физико-химического единства, выделил еще несколько свойств живого вещества как уникального явления планеты. Одной из них, напри- мер, является наличие в химических связях живого вещества огромного количе- ства свободной энергии. "Свободной энергией" ученый называл солнечную энер- гию, которую живое вещество накапливает и трансформирует. Еще одно очень важное свойство: живое вещество биосферы отличается го- раздо большей скоростью протекания химических реакций, чем это происходит в других веществах планеты, благодаря участию ферментов. К тому же, химиче- ские реакции в живых организмах протекают достаточно упорядочено. Свойством живого вещества В.И. Вернадский считал также возможность произвольного движения, с помощью чего живое вещество способно заполнить собой весь возможный пространство вокруг. Главным путем такого заполнения являются "растекание живого под давлением жизни". В.И. Вернадский даже вы- делил две формы растекания: пассивное - когда организмы просто растут и раз- множаются; активное - направленное перемещение животных, растений, микро- организмов и человека. Еще одним очень важным свойством живого вещества является то, что для него характерно значительно большее морфологическое и химическое разнообра- зие, чем для любого другого вещества. Причем это многообразие постоянно об- новляется, поскольку благодаря размножению существует на Земле в форме не- прерывного чередования поколений. Также к свойствам живого вещества В. И. Вернадский относил его способность к эволюционному процессу, который имеет большое значение в поддержании жизни как планетарного явления. Благодаря эволюции появилось огромное количество разнообразных видов, способных су- ществовать в тех или иных условиях биосферы, даже самых экстремальных. Именно путем эволюции у живых организмов сформировались различные типы обмена веществ, способность создавать органическое вещество из неорганиче- ских соединений, затем утилизировать его и снова возвращать в среду для при- влечения в круговорот. При этом живое вещество становится посредником между Солнцем и поверхностью Земли. В. И. Вернадский сформулировал закон константности количества живого вещества: количество живого вещества биосферы в пределах определенного гео- логического периода является константой. Этот закон был дополнен правилом константности числа видов в ходе эволюции биосферы: число видов, которые рождаются в среднем равно числу видов, которые вымирают, и общее видовое разнообразие в биосфере является константой. Все перечисленные свойства жи- вого вещества (огромная свободная энергия, значительная скорость протекания химических реакций, возможность произвольного движения, стремление запол- нить собой все окружающее пространство, разнообразие и др.) Являются специ- фическими; они убедительно свидетельствуют, что в биосфере нет другого веще- ства, более мощного и активного, чем живое вещество. Создавая свое фундаментальное учение о биосфере, В. И. Вернадский под- черкивал не только специфические свойства живого вещества, но и высказывал идею о том, что именно живом веществе принадлежит ведущая роль в формиро- вании всей окружающей среды. Эту роль подтверждают глобальные (биосфер- ные) функции живого вещества как средства организации биосферы. Идея В. И. Вернадского о глобальных функциях живого вещества была развита его последо- вателями. Чтобы понять сущность процессов, протекающих в биосфере, рассмотрим основные глобальные функции живого вещества. Энергетическая функция живого вещества как носителя свободной энер- гии – это его основная функция в биосфере. Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия. Первоначальным и главным источником всех процессов, протекающих на Земле, является Солнце. Оно дарит Земле колос- сальное количество энергии. Энергетическая функция выполняется растениями, которые в процессе фо- тосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. Фотосинтез – процесс превращения углекислого газа и воды в сахар и крахмал, а также свободный кислород. Фотосинтез играет главную роль в созда- нии кислорода атмосферы и органических веществ. Зеленые растения поглощают неорганические вещества, углекислоту, воду, минеральные соли и, используя солнечный свет, образуют органические вещества и глюкозу (т.е. углеводы), необходимые для их роста и развития. Органические вещества необходимы для жизнедеятельности всех живых организмов. Вместе с тем процесс фотосинтеза освобождает большое количество свободного кисло- рода, который образуется из кислорода воды. Это единственный процесс, кото- рый уже два миллиарда лет поддерживает содержание кислорода в атмосфере Земли. Дыхание – обратный фотосинтезу процесс, при котором органические ве- щества окисляются с помощью атмосферного кислорода, выделяя двуокись угле- рода. Благодаря энергетической функции живого вещества осуществляется связь биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, прежде всего, с сол- нечной радиацией. За последние полвека в результате хозяйственной деятельно- сти человека, связанной со сжиганием горючих ископаемых, концентрация угле- кислого газа в атмосфере повысилась, а кислорода – уменьшилась. Это создает напряженную ситуацию для устойчивости атмосферы. Метаболическая функция. Метаболизм – обмен веществ и энергии в ор- ганизме или биологической системе. Живое вещество обуславливает преобладающую часть химических превра- щений в биосфере. Отсюда – суждение Вернадского об огромной преобразующей геологической роли живого вещества. На протяжении эволюции живые орга- низмы многократно пропустили через себя – свои органы, ткани, клетки, кровь – всю атмосферу, весь объем Мирового океана, часть массы почв, огромную массу минеральных веществ. И не только пропустили, но и изменили всю земную среду. Обмен веществ и энергии – основа жизнедеятельности живой и саморазвития не- живой материи, т.е. самоорганизации всей природы. Деструктивная функция состоит в разложении и минерализации мертвого органического вещества редуцентами-деструкторами (сапротрофными бактери- ями, грибами и др.); в химическом разложении горных пород и минералов, и в последующем вовлечении образовавшихся элементов в биотический круговорот. Концентрационная функция заключается в избирательном накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе. а) для построения тела б) для удаления из него веществ при метаболизме. Например, доля кислорода, углерода, водорода и азота составляет 99% массы живого веще- ства. Морские водоросли, например, концентрируют йод, диатомовые водоросли и злаки - кремний, фиалки - цинк, ракообразные - медь и др. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой, в несколько раз. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота - в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Результат концентрационного деятельности живого вещества - образование залежей горючих ископаемых, рудных месторож- дений и др. Активной способностью концентрировать элементы из разбавленных растворов отличаются микроорганизмы. Средообразующая функция основана, на создании одними организмами среды обитания для других, и заключается в трансформации физико-химических параметров среды в условия благоприятные для жизни. Также выделяют газовую функцию, которая заключается в способности живого вещества изменять и поддерживать определенный газовый состав окру- жающей среды и атмосферы в целом. Живое вещество контролирует глобальные циклы миграции биогенов. С газовой функцией связывают два переломных пери- ода в развитии биосферы. Первый касается того времени, когда содержание кис- лорода в атмосфере достигало примерно 1% от современного уровня, что обусло- вило появление первых аэробных организмов (т.е. способных жить только в среде, содержащей кислород). Второй переломный период связывают с тем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной. Это создало условия для синтеза озона и образование озонового слоя в верхних слоях атмо- сферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функ- цию защиты от губительного ультрафиолетового излучения выполняла вода, под слоем которой была возможна жизнь). Окислительно-восстановительная функция живого вещества биосферы заключается в химическом превращении веществ и их соединений. При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановле- ния различных веществ с помощью живых организмов. В почве, воде и воздухе образуются новые вещества как результат окислительно-восстановительных ре- акций. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция ато- мов элементов с переменной валентностью. Создаются их новые соединения, про- исходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.д. С деятельностью микроорганизмов связано формирование железных и мар- ганцевых руд, известняков и др. Информационная функция живого вещества заключается в накоплении, сохранении и передаче живыми организмами молекулярной и сигнальной инфор- мации, необходимой для существования видов и поддержания равновесия в эко- системах. Эта информация закрепляется в наследственных структурах и переда- ется новым поколениям. Транспортная функция – это перенос вещества и энергии в результате ак- тивной формы движения организмов, которая может осуществляться на огромные расстояния. Иногда среди глобальных функций живого вещества выделяет еще и рассе- ивающую функцию, которая прямо противоположна концентрационной функции и проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Речь идет о рассеянии различных веществ в окружающей среде. Перечисленные специфические свойства и глобальные функции живого ве- щества биосферы дают нам понимание того, что жизнь на Земле связана с кон- центрацией солнечной энергии, живое вещество (в форме зеленого растительного покрова) накапливает эту энергию, которая может храниться миллионы лет в виде разнообразных топливно-сырьевых ресурсов - газа, нефти, торфа, угля и т.д. Од- новременно с процессом концентрации (т.е. накоплении) энергии, Земля как от- крытая система обменивается энергией с Космосом. Именно благодаря этим про- цессам происходит непрерывное изменение биосферы, то есть эволюция в сто- рону увеличения так называемой "свободной энергии" биосферы. Этой "свобод- ной энергией" В.И. Вернадский называл всю деятельность, которую осуществ- ляет живое вещество биосферы. Итак, несмотря на то, что живое вещество планеты составляет примерно лишь одну миллионную долю от массы земной коры, по своему активному воз- действию на окружающую среду она играет важнейшую роль, так биосфера каче- ственно отличается от всех других оболочек нашей планеты. 1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда: Учебник для студентов вузов / 2-е изд., перераб. и дополн. – М.: ЮНИТИ. – 2009. – 556 с 2. Олейник Я. Б. Основы экологии: учебник / Я. Б. Олейник, П. Г. Шищенко, А. П. Гавриленко. -М .: Знание, 2012. -558 с. |